石墨烯微连接及其在超级电容器应用
石墨烯与金属电极连接是其器件应用的基础。然而石墨烯/金属连接面积小、阻抗高以及石墨烯易堆叠等难题限制了其实际应用。基于此，实验室亓均雷副教授设计构建了垂直取向石墨烯电极材料，揭示了石墨烯/金属界面结构的演化机理，阐明了界面结构对石墨烯/金属连接阻抗的影响机制，实现了高性能石墨烯基超级电容器的制造及应用，对推动石墨烯材料在高性能储能器件的实际应用具有重要意义。（1）开发了一种新型的垂直取向石墨烯基超级电容器电极材料。突破了大面积制备垂直取向石墨烯、石墨烯/金属集电极低阻抗连接、集电极表面3D化等三项关键技术，建立了石墨烯表面结构-润湿性-储能之间关系式，阐明了缺陷激活润湿机制，获得了低阻抗、高性能的石墨烯基超级电容器；（2）设计构建垂直取向石墨烯异质结构新型高性能赝电容电极材料。借助垂直取向和石墨烯的特点，优化体系中载流子的迁移路径，揭示异质结构界面处内建电场随费米能级的变化规律，阐明异质结构对电化学性能的强化机理，实现低成本、超高能量密度赝电容超级电容器制造。
垂直取向石墨烯基超级电容器电极材料
上述相关研究成果近五年在Nano Energy (IF:12.3)、J Mater Chem A (JMCA, IF:8.8)等期刊发表论文17篇，其中IF>6论文6篇，在JMCA期刊上发表的关于垂直取向石墨烯异质结构电极材料的研究成果，被主编选为该期封面文章。欧洲科学院Ostrikov院士肯定了申请人在垂直取向石墨烯/金属连接方向的研究成果，指出：“基于石墨烯/金属连接结构……接触电阻和电子传输阻抗均下降”……“申请人报道的表面缺陷激活润湿技术，可实现垂直取向石墨烯润湿性的调控……改善电化学性能”。英国皇家工程院院士剑桥大学Milne教授也指出：“Qi等研究证实了调控垂直取向石墨烯的表面缺陷，可降低器件的工作电压，提高器件性能”。材料领域专家韩国济州大学Kim教授多次正面引用该研究工作，指出“该垂直取向石墨烯/金属连接结构电极材料组装的超级电容器是理想的电容器(an ideal capacitor)”。中国工程院岑可法院士等认为“该新型的石墨烯/金属连接界面结构低连接阻抗……是一种新型的高性能石墨烯基超级电容器”。基于此，开发了原位连续刻蚀/制备技术实现了石墨烯/铝异质结构低阻抗连接，接触电阻由涂装工艺的12Ω降低至0.1Ω，储能领域专家美国德州理工大学Bayne教授对该工作给予肯定，指出“该技术成功实现了铝表面多孔化和石墨烯的原位生长……制造出性能优异的垂直取向石墨烯电极材料”。